基于三菱FX3GE的自动化炼胶输送线控制系统RS-485通信的应用

2021-03-01赵尊梅陆永高梁帅丁建华吴双丽杨晓

橡塑技术与装备 2021年4期

赵尊梅，陆永高，梁帅，丁建华，吴双丽，杨晓

(1.青岛海琅特种装备科技有限公司，山东青岛 266400;2.青岛双星轮胎工业有限公司，山东青岛 266400)

1 系统结构

1.1 PLC简介

该设备的电控系统采用三菱FX3GE集成型CPU，配备FX2N系列IO扩展模块，实现整机自动控制。FX3GE继承了FX3G的强大功能外，更加丰富了其内置功能，新增内置2通道模拟量输入，新增内置1通道模拟量输出，新增内置以太网通信接口，支持10BASE-T/100BASE-TX高速通信，可支持触摸屏的通讯，实现整机人机互通。FX3GE外形如图1所示。

图1 FX3GE外形图

1.2 PLC系统组态

FX3GE目前主要是24点和40点集成机型。在本项目的控制系统中选用的是40点集成机型的CPU，型号为FX3GE40MT/DSS，配合FX2N系列的扩展IO模块，其中CPU本体的2路模拟量输入，配合两个红外测传感器，可实现对排胶温度的实时监控。CPU本体的供电能力和扩展单元FX2N-48ET-DSS的带载能力，可实现整套控制系统88点输入、40点输出和两模拟量输入的IO配置的通讯和模块供电。通过三菱电机官方网站的在线选型功能，对FX系列PLC系统组态挂接测试，可以满足CPU控制点数和带载供电能力，具体如图2所示。

图2 在线选型组态

1.3 控制系统组态

三菱FX3GE是将多种实用功能凝聚一身的一体式可编程控制器，除了强大的内置功能外，还具有丰富的扩展选项，可兼容FX3G/FX3U的各种扩展适配器及特殊功能模块。本系统通过增加FX3G-485-BD扩展卡，利用三菱FR-E740系列变频器标配的RJ45接口，采用RS485通讯连接方式，实现驱动控制和速度的设定、读取和实时监控等功能。FX3GE采用RS485通讯方式，最多可拖带8台变频器，此项目中拖带5台变频器，网络结构图如图3所示。

图3 网络结构图

2 通讯的实现

2.1 硬件接线简介

（1）对于各通讯端口的接线顺序，此处采用屏蔽双绞网线为例：

FX3GE中以太网口与触摸屏RJ45接口的通讯接线顺序为：橙白，橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕；

FX3G-485-BD扩展卡的接线定义为：SG（橙白）、SDA（绿白）、RDB（蓝）、RDA（蓝白）、SDB（绿）；

变频器中RJ45接口的接线顺序为：橙白（SG）、绿白（RDA）、蓝（SDB）、蓝白(SDA)、绿（RDB）。

通过以上三处的通讯位置的接线，实现硬件通讯联通，具体线色与八针接头1～8号针脚的具体对应关系，如表1所示。

表1 接线顺序定义

变频器串接通讯接线，采用4对屏蔽双绞线，1对接线要求进行串连连接；终端电阻在FX3G-485-BD扩展卡中的终端电阻拨码，选择110欧姆档，变频器串接端的终端电阻，采用110欧姆（棕色、棕色、棕色、精度色）外置电阻连接，接线示意如图4所示。

（2）外围接线完成以后，进行对变频器的参数配置，如下设定：

Pr.17：MRS输入选择，4——外部端子：常闭输入（b接点输入规格）；通讯：常开（a接点）输入。

图4 通讯线接线示意图

Pr.79：运行模式选择，0——外部/PU切换模式，通过PU/EXT键可以切换PU与外部运行模式，接通电源时为外部运行模式。

Pr.117：PU通讯站号，一台控制器连接多台变频器时，需要设定站号，站号范围0-31。

Pr.118：PU通讯速率，96——设定值*100即为通讯速率，对应的传输距离为9600。

Pr.119：PU通讯停止位长，10——停止位长1bit；数据位长7bit.

Pr.120：PU通讯奇偶校验，2——偶校验。

Pr.122：PU通讯校验（断电检测）时间间隔，4——无通讯状态超过容许时间0.4s以上时，变频器将跳闸。

Pr.123：PU通讯等待时间设定，9999——用通讯数据进行设定。

Pr.124：PU通讯有无CR/LF选择，1——有CR。

Pr.340：通讯启动模式选择，1——网络运行模式。

Pr.549：协议选择，0——三菱变频器（计算机链接）协议。

2.2 PLC参数设置

硬件参数及接线连接完成后，此项目采用编程软件GX WORKS2对程序进行编程。首先，新建一个工程，PLC系列选择FXCPU，PLC类型选择FX3G/FX3GC，工程类型选择结构化工程，程序语言选择结构化梯形图/FBD；工程创建完成后，在“工程”＞“参数”＞“PLC参数”＞“PLC系统（2）”中，对CPU通讯端口进行参数设置。因FX3GE中内置了以太网通讯端口，在此项目中，在“PLC参数”＞“以太网端口设置”中，已经将CH1设置为以太网端口，所以增加的FX3G-485-BD通讯板，设定为端口CH2，在通讯设置中，勾选通讯设置复选框，各参数设定如下：

协议：选择“无顺序通讯”；

数据长度：选择“7bit”，与变频器设定一致；

奇偶校验：选择“偶数”，与变频器设定一致；

孵化器的空置率不均衡，2017年上半年个别孵化器如松山湖创新科技园空置率高达95%，中科创新广场空置率高达77.7%，这是值得关注和解决的问题。一方面说明他们对加入孵化器企业的标准高，另一方面也要注意适当对招商引资策略和方向进行调整。

停止位：选择“1bit”，与变频器设定一致；

传送速度：选择“9600”，与变频器设定一致；

H/W类型：选择“RS-485”；

传送控制步骤：选择“格式4（有CR,LF）”，与变频器设定一致；

站号设置：00H；

超时判定时间：10 ms。

具体程序设置，如图5所示：

图5 通讯参数设置

2.3 程序实现

（1）创建变频器结构体

在新建的工程树中，找到“程序部件”＞“结构体”＞“新建数据”中，新建变频器功能数据，包含变频器的报警状态、报警代码、变频使能、变频输出状态、变频器复位、变频器启动、变频器站号、正转命令、反转命令、设定频率*0.01 HZ、输出频率、通讯完成、通讯错误、命令错误、命令错误代码、Modbus解码等参数。标签具体标签名和数据类型设置，如图6所示。

图6 变频器功能数据表

（2）创建通讯功能块

在新建的工程树中，找到“程序部件”＞“FB管理”＞“新建数据”中，新建通讯功能数据，选择数据类型为FB，对新建数据进行命名，默认程序语言为梯形图。根据通讯功能块中用到的不同类型的变量，在新建FB数据中的“局部标签”中，创建编程所需的标签表，标签表中对具体标签名对应的具体数据分类和数据类型进行设定，标签的具体设定如图7所示。

图7 变频器通讯功能数据表

（3）创建全局变量表

标签设置完成后，在“工程”＞“全局标签”中，新建“全局变量表”，对标签对应的软元件进行设置,其中部分标签的具体设定如图8所示。

图8 全局变量表

（4）程序实现

FX可编程控制的通信设定方法有两种：一种是使用编程工具指定参数；一种是在顺控程序中指定；两种方法同时设定的时候，参数设定的内容优先。不同的FX系列的可编程控制，对通讯方法的设定不同，对于FX3G系列，仅支持通道1和通道2的设定。通道2可进行计算机链接、RS通信、变频器通信、程序通信的设定，所以，此工程中我们选择采用第一种方法的通道2进行变频通信设定，当可编程控制器上电时，已经完成设定的内容会自动传送，从那时开始设定生效。

编程中用到的软元件：

M8029——指令执行结束；变频器通信指令结束时，维持一个运行周期为ON，即使当变频器通信错误为ON，只要指令执行结束，也会置ON。

M8156——变频通信中；与变频器进行通信中时置ON。

M8157——变频器通信错误；与变频器之间的通信错误时置ON的标志位（从STOP切换到RUN时清除）。

以上软元件，均为变频器读出专用，在程序中，作为触点使用。

读出的变频器指令代码

指定的变频器的指令代码及其功能如下表所示。图9中未记载的指令代码，有可能发生通信错误，请勿使用。

图9 读出指令代码表

写入变频器的指令代码

变频器E740中的写入指令代码，如图10所示。

图10 写入指令代码表

a.参数写入

IVDR——变频器的运行控制，是通过可编程控制器，将变频器运行所需要的控制值写入到变频器的指令，在指令中指定站号的变频器的计算机链接运行中规定的【指令代码】，然后将S3中指定的数值写入到变频器的指定项目中。

首先，确定变频器状态，若变频器允许参数写入状态、通信正常的情况下，在变频器进行复位时，在指定站号变频器的指令代码HFD，通过2通道在变频器中写入H9696（通过可编程控制器通讯后，变频器复位采用H9696,不采用H9966）；在指定站号变频器的指令代码HFB，通过2通道写入在变频器中H0（H0：网络运行模式；H1：外部运行模式；H2：PU运行模式）；检测到程序执行完成代码，复位参数写入状态，代码如图11所示。

其次，根据上述指令使用方法，在指定站号变频器指令代码HED，通过2通道，将变频器结构体定义的“设定频率”软元件值写入到变频器中，具体程序代码如图12所示。

最后，对于变频器的指令运行HFA，进行的写入，需要分成不同的情况。HFA的写入内容由8位二进制数组成，每一位代表不同的含义，例如K0：停止，K2：正转；K4：反转等，本项目关于这个参数写入的程序代码如图13所示：

b.参数的读取

IVCK——变频器的运行监视，是在可编程控制器中读出变频器的运行状态的指令，在指令中指定站号的变频器的计算机链接运行中规定的【指令代码】，并将变频器的数值读出到S2中。